Fjarlægasta þyngdarlinsa sem fundist hefur

Hjálpar til við að mæla þyngd vetrarbrautar en kveikir aðra ráðgátu

Sævar Helgi Bragason 21. okt. 2013 Fréttir

Stjörnufræðingar hafa fundið fjarlægustu þyngdarlinsuna til þessa. Uppgötvunin hjálpar til við að mæla massa annarrar vetrarbrautar en vekur líka upp aðra ráðgátu

  • Vetrarbraut og þyngdarlinsa

Alþjóðlegt teymi stjörnufræðinga hefur fundið fjarlægustu þyngdarlinsuna til þessa. Þyngdarlinsur sveigja og magna ljós enn fjarlægari fyrirbæra, líkt og spá má fyrir um með almennu afstæðiskenningu Alberts Einsteins. Uppgötvunin veitir vísindamönnum einstakt tækifæri til að meta massa afar fjarlægrar vetrarbrautar. Uppgötuvnin vekur jafnframt upp aðra ráðgátu. Linsur af þessu tagi ættu að vera ákaflega sjaldgæfar. Þessi uppgötvun og aðrar nýlegar benda til þess að annaðhvort hafi stjörnufræðingar verið óheyrilega heppnir, eða að hingað til hafi fjöldi smárra, ungra vetrarbrauta í hinum unga alheimi verið stórlega vanmetinn.

Þyngaraflið sveigir ferla ljósgeisla. Frá því að fyrsta þyngdarlinsan fannst árið 1979 hafa fjölmargar aðrar fundist. Þyngdarlinsur reyna ekki aðeins á almennu afstæðiskenningu Einsteins heldur eru öflug tól. Með mælingum á þeim má ákvarða massa efnisins sem sveigir ljósið og jafnframt massa hins undarlega hulduefnis, sem hvorki gleypir né sendir frá sér ljós og sést aðeins gegnum þyngdaráhrif sín. Linsan magnar líka fjarlæga ljóslind og virkar þannig eins og stjörnusjóauki frá náttúrunnar hendi sem gerir stjörnufræðingum kleift að horfa á enn fjarlægari vetrarbrautir en alla jafna er mögulegt.

Þyngdarlinsur eru tvíþættar. Í fjarska er ljóslindin en nær er linsan sem liggur milli okkar og lindarinn og magnar með þyngd sinni ljósið fjarlæga. Þegar athugandinn, linsan og hin fjarlæga ljóslind mynda beina línu, sér athugandinn svokallaðan Einstein hring: Fullkominn ljóshring sem er mögnuð mynd af ljóslindinni fjarlægu.

Nú hafa stjörnufræðingar fundið fjarlægustu þyngdarlinsuna til þessa. Arjen van der Wel við Max Planck Institute for Astronomy í Heidelberg í Þýskalandi, aðalhöfundur greinarinnar sem skýrir frá uppgötvunni, segir: „Uppgötvunin var algjör heppni. Ég var að renna í gegnum gögn frá eldra verkefni þegar ég veitti athygli vetrarbraut sem var ankannaleg. Hún virtist afar ung en var þó mun fjarlægari en við áttum vona á. Hún hefði ekki einu sinni átt að birtast í gögnunum.“

Van der Wel vildi vita meira og tók að rannsaka myndir Hubblessjónaukans úr CANDLES og COSMOS verkefnunum. Á þeim myndum virtist vetrarbrautin undarlega lík eldri vetrarbrautum en með þónokkuð óreglulega lögun, sem gaf til kynna að fyrirbærið væri þyngdarlinsa. Með því að skeyta saman myndum og fjarlægja mistur stjarnanna í linsuvetrarbrautinni, var niðurstaðan skýr: Hartnær fullkominn Einstein hringur. Van der Wel hafði þá fundið þyngdarlinsu sem lá akkúrat á milli okkar og ljóslindarinnar fjarlægu [1].

Linsan er svo fjarlæg að ljósið frá henni hefur ferðast í 9,4 milljarða ára á leið sinni til okkar [2]. Ekki nóg með að um nýtt met sé að ræða, heldur má einnig vigta linsuvetrarbrautina. Þannig fæst massi hennar með öðrum aðferðum en oft eru notaðar til að meta massa fjarlægra vetrarbrauta — sem byggir líka á massa nálægra vetrarbrauta. Blessunarlega standast hinar hefðbundnu aðferðir prófið.

En uppgötvunin varpar fram nýjum spurningum. Þyngdarlinsur eru aðeins til fyrir tilviljunarkennda uppröðun linsu og lindar. Hér liggur linsan nær nákvæmlega á sjónlínu til lindarinnar. Og til að gera hlutina enn erfiðari er lindin dvergvaxin hrinuvetrarbraut, sem er tiltölulega létt (geymir aðeins 100 milljón sólmassa af stjörnum [3]), en afar ung (10–40 milljóna ára) og myndar stjörnur mjög ört. Líkurnar á því að slík vetrarbraut sjáist í þyngdarlinsu eru harla litlar en þó er þetta önnur þyngdarlinsan sem finnst af þessu tagi. Annað hvort hafa stjörnufræðingar verið stjarnfræðilega heppnir, eða þá að dvergvaxnar hrinuvetrarbrautir eru mun algengari en áður var talið sem gæti knúið þá til að endurskoða líkön af þróun vetrarbrauta.

„Þetta var skringilegur og áhugaverður fundur. Ákaflega heppilegur, en gæti markað kaflaskil í lýsingu okkar á vetrarbrautum í ungum alheimi,“ sagði Van der Wel að lokum.

Skýringar

[1] Á himinhvolfinu skilur aðeins 0,01 bogasekúnda fyribærin að, eða sem samsvarar því að greina fjarlægð bil sem nemur einum millimetra í 20 kílómetra fjarlægð.

[2] Þetta svara til rauðviks um z = 1,53. Það má bera við aldur alheims sem er 13,8 milljarða ára gamall. Fyrri methafinn fannst fyrir um 30 árum og ljósið þaðan tók rétt um 8 milljarða ára að ná til okkar (rauðvik u.þ.b. 1,0).

[3] Til samanburðar er vetrarbrautin okkar stór þyrilþoka með allavega þúsundfaldan massa á við þessa dvergþoku.

Frekari upplýsingar

Hubblessjónaukinn er alþjóðlegt samstarfsverkefni NASA og ESA.

Fréttin lýsir efni greinarinnar „Discovery of a quadruple lens in CANDELS with a record lens redshift z = 1.53“ eftir van der Wel og fleiri í Astrophysical Journal Letters.

Tengiliður

Ottó Elíasson
Stjörnufræðivefnum
Dalvíkurútibú
Sími: 663 6867
Tölvupóstur: ottoel@stjornuskodun.is

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESA/Hubble heic1319

Tengdar myndir

  • vetrarbraut, þyngdarlinsaÞessi myndi Hubblessjónauka NASA og ESA sýnir fjarlægustu þyngdarlinsu sem fundist hefur. Glóðin fyrir miðju myndar er miðsvæði hefðbundnar vetrarbrautar. Fyrir tilviljun er hún nákvæmlega í beinni sjónlínu frá jörðu við enn fjarlægari unga hrinuvetrarbraut. Ljósið frá lindinni svignar um linsuna og myndar margar myndir. Líkurnar á slíkri uppgötvun eru afar litlar sem gæti bent til þess að ungar hrinuvetrarbrautir í hinum unga alheimi séu algengari en líkön okkar spá fyrir um. Mynd: NASA/ESA/A. van der Wel